Tubes à ailettes crantées pour chaudières de récupération de chaleur – ASTM A179

Présentation du produit

Tubes à ailettes crantées ASTM A179 pour chaudières de récupération de chaleur (HRSG) sont des tubes de transfert de chaleur conçus pour augmenter la surface externe effective de transfert de chaleur des générateurs de vapeur de récupération de chaleur (HRSG), en particulier dans les sections de récupération de chaleur à température basse à modérée telles que les économiseurs, les préchauffeurs d'eau d'alimentation et autres modules de récupération de chaleur côté gaz.

Le tube est fabriqué à partir de acier à faible teneur en carbone, étiré à froid sans soudure, ASTM A179, tandis qu'une ailette métallique crantée ou segmentée est enroulée hélicoïdalement ou fixée mécaniquement à la surface du tube. La géométrie de l'ailette crantée augmente la surface externe tout en introduisant une turbulence contrôlée dans le flux de gaz, améliorant le transfert de chaleur par rapport à un tube nu.

L'ASTM A179 est spécifiquement destiné aux tubes en acier à faible teneur en carbone, étirés à froid sans soudure, utilisés dans les échangeurs de chaleur, les condenseurs et les équipements de transfert de chaleur similaires. La norme couvre les diamètres extérieurs de tube de 1/8 po à 3 po (3,2 à 76,2 mm).

Pour les applications HRSG, la conception de l'ailette crantée offre un équilibre pratique entre l'efficacité du transfert de chaleur, la perte de charge côté gaz, la conception compacte de l'équipement, la fabricabilité et l'accessibilité pour la maintenance.

Caractéristiques principales

• Tube de base en acier à faible teneur en carbone, étiré à froid sans soudure, ASTM A179
• Construction à ailettes crantées ou segmentées pour une surface de transfert de chaleur améliorée
• Surface externe effective élevée
• Transfert de chaleur côté gaz amélioré par rapport aux tubes nus
• Convient aux économiseurs et aux sections de récupération de chaleur HRSG à basse température
• Hauteur, épaisseur, pas et configuration de crantage d'ailettes flexibles
• Disponible en longueurs de tube et configurations d'ailettes personnalisées
• Convient aux projets HRSG et de récupération de chaleur à grand volume
• Inspection dimensionnelle et essai sous pression disponibles selon les exigences du projet
• Peut être fourni avec un traitement de surface, une préparation d'extrémité et un emballage spécifiés

Fonctionnement des tubes à ailettes crantées dans un HRSG

Un HRSG récupère l'énergie thermique des gaz d'échappement chauds et transfère cette énergie à l'eau ou à la vapeur. Les gaz d'échappement traversent les bancs de tubes à ailettes tandis que l'eau ou la vapeur circule dans le tube.

Les ailettes crantées agrandissent la surface de transfert de chaleur exposée aux gaz d'échappement. Au lieu de ne compter que sur la surface extérieure relativement petite du tube, les ailettes fournissent une zone d'échange de chaleur considérablement plus grande.

Le processus de transfert de chaleur peut être résumé comme suit :

Gaz d'échappement chaud → ailette crantée → connexion ailette-tube → paroi du tube → fluide interne

Les crantages interrompent la couche limite de gaz et favorisent un mélange supplémentaire autour des surfaces des ailettes. Cela peut améliorer le transfert de chaleur côté gaz tout en permettant aux concepteurs de contrôler la perte de charge par la sélection de la hauteur, de l'épaisseur, du pas de l'ailette et de l'agencement des tubes.

Dans un HRSG, cette conception est particulièrement utile lorsque le coefficient de transfert de chaleur côté gaz est relativement faible par rapport au coefficient côté eau.

Applications typiques des HRSG

Les tubes à ailettes crantées ASTM A179 sont couramment envisagés pour :

1. Économiseurs HRSG

L'économiseur transfère la chaleur des gaz d'échappement à l'eau d'alimentation de la chaudière avant que l'eau n'entre dans les sections à plus haute température du HRSG.

Les tubes à ailettes crantées augmentent la surface de transfert de chaleur disponible côté gaz, permettant à l'économiseur de récupérer davantage de chaleur résiduelle des gaz d'échappement dans un agencement compact de bancs de tubes.

2. Préchauffeurs d'eau d'alimentation

Pour des plages de température appropriées, les tubes à ailettes crantées peuvent être utilisés pour préchauffer l'eau d'alimentation à l'aide de la chaleur récupérée des gaz d'échappement ou de processus.

3. Sections de récupération de chaleur résiduelle

Ils peuvent être intégrés dans des équipements de récupération de chaleur où des gaz chauds sont disponibles mais où la température de fonctionnement est compatible avec les matériaux de tubes en acier à faible teneur en carbone.

4. Récupération de chaleur gaz-eau

La conception convient aux tâches de transfert de chaleur gaz-liquide où une surface externe accrue est requise.

5. Équipements HRSG et de récupération de chaleur résiduelle industriels

• Centrales électriques à cycle combiné
• Systèmes de cogénération industriels
• Récupération de chaleur résiduelle des turbines à gaz
• Récupération de chaleur de procédé
• Systèmes de récupération de chaleur résiduelle dans les raffineries et la pétrochimie
• Chaudières industrielles et chaudières de récupération de chaleur
• Équipements de récupération de chaleur des gaz d'échappement

La sélection des matériaux doit toujours être basée sur la température réelle de la paroi du tube, la composition du gaz, la pression, l'environnement de corrosion et le code de conception applicable. L'ASTM A179 est un matériau de tube d'échangeur de chaleur à faible teneur en carbone et ne doit pas être automatiquement substitué aux nuances d'acier allié utilisées dans les sections HRSG à plus haute température.

Spécification du tube de base ASTM A179

L'ASTM A179/A179M spécifie des tubes en acier à faible teneur en carbone, étirés à froid sans soudure pour les échangeurs de chaleur, les condenseurs et les équipements de transfert de chaleur similaires. La liste ASTM actuelle identifie A179/A179M-24 comme l'édition active.

Le procédé de fabrication est important car l'étirage à froid offre un bon contrôle dimensionnel et une bonne qualité de surface. L'ASTM A179 exige également un traitement thermique après le dernier passage d'étirage à froid à 1200°F [650°C] ou plus selon les exigences de la spécification référencée.

Gamme de tailles courantes

L'ASTM A179 lui-même autorise des diamètres extérieurs de tube de 1/8 po à 3 po (3,2 à 76,2 mm).

Pour les tubes à ailettes crantées utilisés dans les équipements HRSG et de récupération de chaleur, les tailles de projet pratiques sont normalement sélectionnées en fonction du devoir de transfert de chaleur requis, de la vitesse du gaz, de la perte de charge, de l'agencement des bancs de tubes et des exigences de fabrication.

Dimensions typiques du tube de base

Les gammes ci-dessus sont des gammes d'approvisionnement d'ingénierie typiques plutôt que des limites imposées par l'ASTM A179. Les dimensions finales doivent être confirmées par rapport à la conception thermique et mécanique du HRSG.

Conception de l'ailette crantée

L'ailette crantée est fabriquée avec des interruptions ou des coupures répétées le long de la bande d'ailette. Comparée à une ailette hélicoïdale entièrement continue, la géométrie segmentée peut améliorer le mélange de gaz autour de l'ailette et faciliter le comportement de dilatation thermique.

Les paramètres de conception typiques comprennent :

• Hauteur de l'ailette
• Épaisseur de l'ailette
• Pas de l'ailette
• Largeur du crantage
• Profondeur du crantage
• Fréquence du crantage
• Fixation de l'ailette au tube
• Extrémités de tube nues
• Agencement du banc de tubes

La configuration optimale dépend du débit de gaz d'échappement du HRSG, de la température du gaz, de la perte de charge admissible, de la tendance à l'encrassement, de l'objectif de transfert de chaleur et de l'espace d'installation disponible.

Pour les projets nécessitant des performances thermiques précises, les dimensions des ailettes doivent donc être sélectionnées à partir du calcul de conception thermique plutôt que d'une taille standard générique.

Composition chimique de l'ASTM A179

L'ASTM A179 est une nuance d'acier à faible teneur en carbone avec une composition chimique relativement simple. La composition spécifiée est :

La spécification ASTM identifie spécifiquement les exigences de carbone, de manganèse, de phosphore et de soufre pour cette nuance.

La composition à faible teneur en carbone favorise une bonne fabricabilité et rend le matériau adapté aux tubes d'échangeur de chaleur étirés à froid.

Propriétés mécaniques de l'ASTM A179

Les exigences mécaniques minimales typiques pour les tubes ASTM A179 comprennent :

Ces valeurs sont couramment rapportées pour les tubes ASTM A179 ; la spécification d'achat applicable et l'édition actuelle de la norme doivent régir l'acceptation finale.

L'exigence d'allongement relativement élevée est bénéfique pour les opérations de formage et de fabrication des tubes. Les propriétés mécaniques sont soumises aux limites d'applicabilité de l'ASTM A179, y compris les restrictions pour les très petits tubes et les parois très minces.

Processus de fabrication

Une voie de fabrication typique pour les tubes à ailettes crantées ASTM A179 est :

Billette d'acier → perçage → laminage à chaud → étirage à froid → traitement thermique → redressage → découpe → inspection dimensionnelle → préparation des ailettes → fixation des ailettes → formation du crantage/formation des ailettes → inspection du tube à ailettes fini → test → marquage et emballage

Le tube de base ASTM A179 est fabriqué par procédé sans soudure et étiré à froid.

Pour la production de tubes à ailettes, une attention particulière est portée à :

• OD et épaisseur de paroi du tube
• Rectitude du tube
• Hauteur de l'ailette
• Pas de l'ailette
• Épaisseur de l'ailette
• Fixation de l'ailette
• Contact ailette-tube
• Consistance du crantage
• Longueur de l'extrémité nue du tube
• Longueur totale du tube

Inspection et tests

Le contrôle qualité peut inclure à la fois l'inspection du tube de base et l'inspection du tube à ailettes fini.

1. Analyse chimique

L'analyse de coulée et, si nécessaire, l'analyse de produit vérifient que le tube de base est conforme à la chimie spécifiée de l'ASTM A179.

2. Essai de traction

L'essai de traction vérifie la résistance à la traction, la limite d'élasticité et l'allongement du matériau du tube.

3. Essai de dureté

L'essai de dureté confirme la conformité aux exigences de propriétés mécaniques spécifiées.

4. Essai d'écrasement

L'essai d'écrasement évalue la ductilité du tube et sa résistance à la déformation. L'ASTM A179 identifie l'essai d'écrasement parmi les examens de tube requis.

5. Essai d'évasement

L'essai d'évasement évalue la capacité du tube à subir une expansion contrôlée sans fissuration ou défauts inacceptables.

6. Essai de bridage

Le cas échéant, un essai de bridage peut être effectué conformément aux exigences d'achat et à la spécification applicable.

7. Essai hydrostatique

L'essai hydrostatique vérifie l'intégrité sous pression du tube fini. L'ASTM A179 identifie l'essai hydrostatique parmi ses tests de tube spécifiés.

8. Courants de Foucault / Contrôle non destructif

Un examen par courants de Foucault ou une autre méthode NDE appropriée peut être spécifié par l'acheteur ou la norme de projet applicable pour détecter les discontinuités dans le tube.

9. Inspection dimensionnelle

Les tubes finis sont inspectés pour :

• OD du tube
• Épaisseur de paroi
• Longueur totale
• Hauteur de l'ailette
• Pas de l'ailette
• Épaisseur de l'ailette
• Densité de l'ailette
• Longueur de l'extrémité nue
• Rectitude
• Fixation de l'ailette

10. Inspection visuelle

Les surfaces du tube et des ailettes sont examinées pour détecter les fissures, l'oxydation excessive, la déformation, les ailettes endommagées, la mauvaise fixation et autres défauts visibles.

L'ASTM A179 exige que les tubes finis soient exempts de calamine, une légère quantité d'oxydation n'étant pas considérée comme de la calamine.

Avantages des tubes à ailettes crantées ASTM A179 pour HRSG

Surface de transfert de chaleur accrue

L'ailette augmente considérablement la surface externe disponible pour le transfert de chaleur des gaz d'échappement.

Équipement de récupération de chaleur compact

Plus de surface de transfert de chaleur peut être installée dans une enveloppe de flux de gaz donnée, contribuant à réduire la taille de l'équipement le cas échéant.

Transfert de chaleur côté gaz amélioré

Les crantages interrompent la couche limite et favorisent le mélange de gaz autour de la surface de l'ailette.

Bonnes caractéristiques de fabrication

Le tube ASTM A179 à faible teneur en carbone offre une bonne ductilité et convient bien à la fabrication d'échangeurs de chaleur.

Matériau économique

Pour les régimes de température où l'acier au carbone est techniquement approprié, l'A179 peut offrir une alternative économique aux tubes à alliage supérieur.

Conception d'ingénierie flexible

La hauteur, le pas, l'épaisseur de l'ailette, l'espacement des tubes et les dimensions des extrémités nues peuvent être personnalisés selon la conception thermique du HRSG.

Pourquoi choisir nos tubes à ailettes crantées ASTM A179 ?

Nous fabriquons des tubes à ailettes crantées selon des exigences thermiques, dimensionnelles, matérielles et d'inspection spécifiques au client plutôt que de nous fier à une configuration unique.

Notre capacité d'approvisionnement peut inclure :

• Tubes de base ASTM A179 / ASME SA179
• OD et épaisseur de paroi de tube personnalisés
• Hauteur et pas d'ailette personnalisés
• Configurations d'ailettes crantées ou segmentées
• Longueurs de tube personnalisées
• Extrémités de tube nues spécifiées
• Traçabilité des matériaux et des dimensions
• Inspection des propriétés mécaniques
• Essais hydrostatiques et NDE selon les besoins
• Certificats de test de laminoir et documentation d'inspection
• Emballage d'exportation adapté au transport longue distance

Pour les projets HRSG, les clients peuvent fournir la température du gaz, le débit du gaz, les conditions eau/vapeur, la pression de conception, la perte de charge admissible, les dimensions du banc de tubes et le devoir de chaleur requis, permettant de sélectionner la configuration du tube à ailettes en fonction de l'application réelle.

Note importante sur la sélection des matériaux

L'ASTM A179 est un matériau de tube d'échangeur de chaleur à faible teneur en carbone, et non une nuance d'acier allié au chrome-molybdène. Par conséquent, il est généralement plus approprié pour les tâches de récupération de chaleur à plus basse température que pour les parties sous pression les plus chaudes du HRSG.

Pour les économiseurs à haute température, les surchauffeurs, les resurchauffeurs ou d'autres sections avec des températures de métal élevées, des nuances d'alliage telles que ASTM/ASME T11, T12, T22, T91, ou des nuances d'acier inoxydable peuvent être nécessaires en fonction de la conception technique.

Le matériau de tube final doit toujours être sélectionné en fonction de la température de conception, de la pression de conception, des conditions de corrosion, du code de chaudière/récipient sous pression applicable et des exigences d'ingénierie du fabricant de HRSG.